RU2763644C1 - Transosseous automated distraction apparatus and an automatic displacement unit - Google Patents
Transosseous automated distraction apparatus and an automatic displacement unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763644C1 RU2763644C1 RU2021114140A RU2021114140A RU2763644C1 RU 2763644 C1 RU2763644 C1 RU 2763644C1 RU 2021114140 A RU2021114140 A RU 2021114140A RU 2021114140 A RU2021114140 A RU 2021114140A RU 2763644 C1 RU2763644 C1 RU 2763644C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lead screw
- controller
- housing
- gear
- distraction
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
- A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
- A61B17/60—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к аппаратам внешней скелетной фиксации (далее также «аппарат») с электромеханическими приводами, к устройствам применяемым в травматологии и ортопедии для автоматического дозированного перемещения костных фрагментов.The invention relates to the field of medical technology, in particular to devices for external skeletal fixation ( hereinafter also "apparatus") with electromechanical drives, to devices used in traumatology and orthopedics for automatic dosed movement of bone fragments.
Уровень техники.The level of technology.
Проблемы реабилитации больных с врожденной патологией костно-мышечной системой, инвалидов с последствиями травм верхних и нижних конечностей продолжают волновать ортопедов во всех странах мира. Среди пациентов, обращающихся в ортопедические центры, в 80 % случаев требуется решать вопросы удлинения конечности или исправления деформаций с одновременной дистракцией костных фрагментов.The problems of rehabilitation of patients with congenital pathology of the musculoskeletal system, disabled people with consequences of injuries of the upper and lower extremities continue to excite orthopedists in all countries of the world. Among patients applying to orthopedic centers, in 80% of cases it is required to resolve issues of limb lengthening or correction of deformities with simultaneous distraction of bone fragments.
Среди многочисленных способов удлинения конечности на сегодняшний день методом выбора остается чрескостный дистракционнный остеосинтез по методу Илизарова. Основные принципы, на которых основывается метод Илизарова, включают стабильную фиксацию костных фрагментов, сберегательное отношение к остеогенным тканям, хорошее их кровоснабжение, оптимальный темп и ритм дистракции, возможность функциональной нагрузки на конечность в процессе удлинения [Шевцов В.И., Попков А.В., 1998].Among the numerous methods of limb lengthening, transosseous distraction osteosynthesis according to the Ilizarov method remains the method of choice today. The main principles on which the Ilizarov method is based include stable fixation of bone fragments, a saving attitude to osteogenic tissues, their good blood supply, the optimal pace and rhythm of distraction, the possibility of functional load on the limb during lengthening [Shevtsov V.I., Popkov A.V. ., 1998].
Совершенствуя процесс удлинения конечности, ортопеды в разных странах подошли к необходимости автоматизировать этот процесс [Илизаров Г.А., 1981; Попков А.В., 2008; Г.А. Урьев, О.А. Соколовский, И.А. Ильясевич, А.В. Заровская, 2008].Improving the process of limb lengthening, orthopedists in different countries came to the need to automate this process [Ilizarov G.A., 1981; Popkov A.V., 2008; G.A. Uriev, O.A. Sokolovsky, I.A. Ilyasevich, A.V. Zarovskaya, 2008].
К настоящему времени известны аппараты обеспечивающие удлинение конечностей в автоматическом режиме работы (см. патенты: US 4615338; US 4973331; RU 1122308; RU 423114; RU 30073). В которых применены различные конструкции автоматических узлов перемещения (автоматических дистракционных узлов), обеспечивающих дозированное взаимное перемещение опор аппарата вместе с зафиксированными в них костными отломками. Однако все они обладают недостатками, такими как относительно высокая масса и габариты, связанные с исполнением блока управления, а также отсутствие обратной связи. Так как аппарат является частью биотехнической системы аппарат-организм. Между воздействием аппарата на организм и результатом этого воздействия должна быть налажена обратная связь, выполняющая контролирующую функцию для обеспечения качества управления процессами перемещения и регенерации. Управляющая подсистема (организм) должна корректировать режимы управляемой подсистемы (аппарат) через эфферентные связи. Поэтому в аппаратах в будущем появится третья подсистема - эффекторная. Биотехническая система аппарат-организм станет более саморегулирующейся, т. е. приобретет адаптивность.To date, devices are known that provide limb lengthening in automatic mode (see patents: US 4615338; US 4973331; RU 1122308; RU 423114; RU 30073). In which various designs of automatic displacement units (automatic distraction units) are used, providing a dosed mutual movement of the apparatus supports together with bone fragments fixed in them. However, all of them have disadvantages, such as relatively high weight and dimensions associated with the execution of the control unit, as well as the lack of feedback. Since the apparatus is part of the biotechnical system apparatus-organism. Between the impact of the device on the body and the result of this impact, a feedback should be established, which performs a controlling function to ensure the quality of control over the processes of movement and regeneration. The control subsystem (organism) must correct the modes of the controlled subsystem (apparatus) through efferent connections. Therefore, devices in the future will have a third subsystem - effector. The biotechnical system apparatus-organism will become more self-regulating, i.e. it will acquire adaptability.
В качестве элементов обратной связи могут быть использованы прежде всего силоизмерительные датчики, контролирующие силу дистракции и компрессии [Попков А.В., 1977; Meyrueis J.P. et al., 1980; Domres B, Neugebauer W., 1980; патент RU 3085; патент RU 4675]. Однако использование механических силоизмерительных датчиков значительно увеличивает габариты аппарата внешней фиксации, а точность измерения оставляет желать лучшего. Тензорезисторные датчики, использованные в аппаратах внешней фиксации, отличаясь высокой чувствительностью дают огромную ошибку измерения при малейшей ассиметрии установки измерительного элемента (патент RU №227739 - Группа изобретений обеспечивает организацию цифровой визуализации процессов компрессии и дистракции в чрескостных аппаратах, повышение точности репозиции костных фрагментов, точности задания компрессионной нагрузки и зазора между фрагментами).As feedback elements, first of all, force-measuring sensors that control the force of distraction and compression can be used [Popkov A.V., 1977; Meyrueis J.P. et al., 1980; Domres B, Neugebauer W., 1980; patent RU 3085; patent RU 4675]. However, the use of mechanical force-measuring sensors significantly increases the dimensions of the external fixation device, and the measurement accuracy leaves much to be desired. Strain gauge sensors used in external fixation devices, being highly sensitive, give a huge measurement error at the slightest asymmetry in the installation of the measuring element (patent RU No. 227739 - A group of inventions provides for the organization of digital visualization of compression and distraction processes in transosseous devices, increasing the accuracy of repositioning bone fragments, the accuracy of setting compression load and gap between fragments).
В Центре Илизарова экспериментальное обоснование использования и внедрение автоматического варианта удлинения костей конечностей началось с 1981 года. Не смотря на то, что клиническая эффективность используемых автоматических приводов была доказана, были выявлены и некоторые неудобства их применения. Изделия отличались большими габаритами и значительным весом. Количество подключаемых мотор-редукторов составляло не более четырех, что ограничивало использование автодистрактора при некоторых видах наружных фиксирующих конструкций (Тейлора, ORTO-SUV). Не было функции обратной связи в зависимости от динамики дистракционных усилий аппарата внешней фиксации. Все это привело к необходимости разработки автоматических дистракторов нового поколения.In the Ilizarov Center, the experimental substantiation of the use and introduction of an automatic variant of limb bone lengthening began in 1981. Despite the fact that the clinical effectiveness of the used automatic drives has been proven, some inconveniences of their use have been identified. Products differed in large dimensions and considerable weight. The number of connected gearmotors was no more than four, which limited the use of an autodistractor for some types of external fixing structures (Taylor, ORTO-SUV). There was no feedback function depending on the dynamics of the distraction efforts of the external fixation device. All this led to the need to develop a new generation of automatic distractors.
Из существующего уровня техники известен компрессионно-дистракционный аппарат Платова (Патент RU 2061421, опубл.: 10.06.96., бюл. 161), который содержит кольца, со специально выполненными монтажными отверстиями, и спицы. Кольца соединены между собой автоматическими дистракционными узлами (узлами перемещения), каждый из которых включает в себя мотор-редуктор, электрически связанный с блоком управления, ролико-винтовые пары с промежуточными телами качения. При этом ходовой винт соединен соосно с выходным валом мотор-редуктора.From the existing prior art known compression-distraction device Platov (Patent RU 2061421, publ.: 10.06.96., bull. 161), which contains rings with specially made mounting holes, and spokes. The rings are interconnected by automatic distraction nodes (displacement nodes), each of which includes a gear motor electrically connected to the control unit, roller screw pairs with intermediate rolling elements. When this lead screw is connected coaxially with the output shaft of the motor-reducer.
Однако, данный аппарат не обеспечивает равенство перемещений в винтовых парах в каждом цикле работы в связи зависимостью числа оборотов двигателей от величины нагрузки и степени разрядки элементов питания, что приводит к искривлению формируемого костного регенерата. Кроме того, расположение дистракционных узлов (узлов перемещения) в аппарате определено конструкцией опорных колец, что ограничивает возможные направления проведения спиц и места их закрепления. Одновременно, сложность конструкции ролико-винтовых пар, увеличивает стоимость изделия, а расположение мотор-редукторов вне промежутка между опорными кольцами - габариты аппарата. Аппарат не имеет системы обратной связи на основе измерения дистракционных или компрессионных усилий.However, this device does not provide equality of displacements in screw pairs in each cycle of operation due to the dependence of the number of engine revolutions on the load and the degree of discharge of the batteries, which leads to a curvature of the formed bone regenerate. In addition, the location of the distraction nodes (displacement nodes) in the apparatus is determined by the design of the support rings, which limits the possible directions of the wires and the places of their fixation. At the same time, the complexity of the design of roller screw pairs increases the cost of the product, and the location of the motor-reducers outside the gap between the support rings increases the dimensions of the apparatus. The device does not have a feedback system based on the measurement of distraction or compression forces.
Известен компрессионно-дистракционный аппарат (А.с. SU 1423114 СССР МКИ5 А61В 17/58 Опубл. 15.09.88; Бюл. № 34.), содержащий опоры с резьбовым стержнем, соединенным с приводным устройством (автоматический узел перемещения), включающим корпус с патрубком, храповое колесо, установленным на резьбовом стержне, силовой элемент, выполненный из материала, обладающим эффектом памяти, связанный с пружиной, храповиком и имеющим нагреватель, электрически связанный с блоком управления и источником питания.A compression-distraction apparatus is known (A.S. SU 1423114 USSR MKI5 A61V 17/58 Publ. 15.09.88; Bull. No. 34.), containing supports with a threaded rod connected to a drive device (automatic displacement unit), including a housing with branch pipe, a ratchet wheel mounted on a threaded rod, a power element made of a material with a memory effect, connected to a spring, a ratchet and having a heater electrically connected to the control unit and power source.
Однако данный аппарат не развивает необходимые силы дистракции для удлинения сегментов конечностей у взрослых пациентов, имеет низкий к.п.д, а потеря тепла нагревателя требует эксплуатации при достаточно высокой температуре окружающей среды и обуславливает частую замену источника питания. Аппарат не имеет возможности для измерения дистракционных усилий.However, this device does not develop the necessary forces of distraction to lengthen limb segments in adult patients, has a low efficiency, and the heat loss of the heater requires operation at a sufficiently high ambient temperature and causes frequent replacement of the power source. The device does not have the ability to measure distraction forces.
Известно устройство для остеосинтеза с автоматической системой управления (патент RU 143975). Содержит соединенные электроприводами, опоры с закрепленными на них спицами, блок управления с источником питания и программируемым контроллером, электрически связанные с электроприводами, датчиками положения, блоком программирования с жидкокристаллическим дисплеем. Причем блок программирования подключается к блоку управления только на время ввода программ. Блок программирования оснащен интерфейсом для подключения к персональному компьютеру, в виде USB разъема, сенсорной панелью, программируемым микроконтроллером, драйвером сенсорной панели, стабилизатором напряжения. Блок управления закреплен на опоре устройства, и содержит часы реального времени, источник питания часов, энергонезависимую память, драйверы электроприводов, снабжен системой аварийного отключения электроприводов, в виде кнопки, световой и звуковой индикацией режима работы, посредством динамика и светодиода, а также разъемом для подключения блока программирования. Использование устройства позволяет производить автоматическое дозированное перемещения костных фрагментов, с заданным темпом дистракции и контролем параметров.A device for osteosynthesis with an automatic control system is known (patent RU 143975). It contains supports connected by electric drives with spokes fixed on them, a control unit with a power source and a programmable controller, electrically connected with electric drives, position sensors, a programming unit with a liquid crystal display. Moreover, the programming unit is connected to the control unit only for the time of entering programs. The programming unit is equipped with an interface for connecting to a personal computer in the form of a USB connector, a touch panel, a programmable microcontroller, a touch panel driver, and a voltage stabilizer. The control unit is fixed on the support of the device and contains a real-time clock, a clock power supply, non-volatile memory, drivers of electric drives, equipped with an emergency shutdown system for electric drives, in the form of a button, light and sound indication of the operating mode, using a speaker and LED, as well as a connector for connecting programming block. The use of the device allows for automatic dosed movement of bone fragments, with a given rate of distraction and control of parameters.
Блок управления закреплен на опоре устройства и компоненты управления и обратной связи расположены вне корпуса электроприводов, что увеличивает габариты и массу блока управления и аппарата. The control unit is fixed on the support of the device and the control and feedback components are located outside the body of the electric drives, which increases the dimensions and weight of the control unit and the device.
Известен чрескостный аппарат (патент RU 30073), содержащий опоры со спицами, соединенные между собой автоматическими дистракционными узлами (автоматическими узлами перемещения), каждый из которых включает в себя мотор-редуктор, электрически связанный с блоком управления. Автоматический дистракционный узел выполнен в виде платформы с размещенной на ней зубчатой парой, связывающей между собой ходовой винт и мотор-редуктор, расположенные со стороны зубчатой пары, а гайка ходового винта выполнена из хладотекучего антифрикционного фторсодержащего полимера, при этом на платформе смонтирована оптопара, электрически связанная с блоком управления, снабженная перфорированным диском, закрепленным на одной из шестерён зубчатой пары.Known transosseous apparatus (patent RU 30073), containing supports with spokes, interconnected by automatic distraction nodes (automatic movement nodes), each of which includes a gear motor electrically connected to the control unit. The automatic distraction unit is made in the form of a platform with a gear pair placed on it, connecting the lead screw and the gear motor located on the side of the gear pair, and the lead screw nut is made of a cold-flowing antifriction fluorine-containing polymer, while an optocoupler is mounted on the platform, electrically connected with a control unit, equipped with a perforated disk mounted on one of the gears of the gear pair.
Недостатком данной модели является необходимость отдельно размещенного блока управления большого веса и габаритов, темп дистракции ограничен 2 мм/сутки, незначительная толщина зубчатой пары ведет к частым возникновениям зазоров в винтовых парах и нарушениям в передаче усилий мотора-редуктора. В данном аппарате отсутствует силоизмерительный датчик, что исключает создание системы обратной связи в процессе дистракционного остеосинтеза. Блок управления размещённый вне корпуса автоматического дистракционного узла значительно увеличивает габариты и массу аппарата.The disadvantage of this model is the need for a separately placed control unit of large weight and dimensions, the distraction rate is limited to 2 mm / day, the insignificant thickness of the gear pair leads to frequent gaps in the screw pairs and disturbances in the transmission of motor-reducer forces. This device does not have a force-measuring sensor, which excludes the creation of a feedback system in the process of distraction osteosynthesis. The control unit placed outside the body of the automatic distraction assembly significantly increases the dimensions and weight of the apparatus.
Сущность технического решения.The essence of the technical solution.
Задачей изобретения является обеспечение возможности круглосуточного дозированного контролируемого перемещения костных фрагментов для удлинения конечности с обратной связью аппарат-организм.The objective of the invention is to provide the possibility of round-the-clock dosed controlled movement of bone fragments for limb lengthening with apparatus-organism feedback.
Технический результат заключается в обеспечении дизированного перемещения опор аппарата внешней фиксации, при снижении массы и габаритов аппарата, с обеспечением обратной связи в виде контроля возникающих усилий в месте крепления ходового винта. Изобретение обеспечивает возможность высокодробного круглосуточного пространственного перемещений костных фрагментов в автоматическом режиме управления с заданным ритмом и скоростью дистракции. Повышена надежность конструкции.EFFECT: technical result consists in ensuring controlled movement of supports of the external fixation device, while reducing the weight and dimensions of the device, providing feedback in the form of control of the forces occurring at the point of attachment of the lead screw. EFFECT: invention provides the possibility of highly fractional round-the-clock spatial displacement of bone fragments in automatic control mode with a given rhythm and distraction speed. Improved design reliability.
Причем компоненты управления и контроля интегрированы в автоматический узел перемещения. Moreover, the control and monitoring components are integrated into the automatic movement unit.
Изобретение в одном аспекте касается собственно конструкции автоматического узла перемещения. The invention in one aspect relates to the actual design of the automatic movement unit.
Технический результат достигается тем, что автоматический узел перемещения для чрескостного автоматизированного дистракционного аппарата, включает в себя корпус, мотор-редуктор и ходовой винт с гайкой, в корпусе размещена зубчатая передача, связывающая между собой ходовой винт и мотор-редуктор, гайка ходового винта выполнена из хладотекучего антифрикционного фторсодержащего полимера и установлена с возможностью торцевого поджатия, в корпусе смонтирован секторный диск, закрепленный на одной из шестерен зубчатой передачи и датчик вращения секторного диска. Внутри корпуса с мотор-редуктором расположен контроллер, электрически связанный с датчиком вращения секторного диска, и в месте крепления ходового винта установлен датчик продольного усилия ходового винта, электрически связанный с контроллером.The technical result is achieved by the fact that the automatic displacement unit for the transosseous automated distraction apparatus includes a housing, a gear motor and a lead screw with a nut, a gear transmission is placed in the housing, connecting the lead screw and the gear motor, the lead screw nut is made of cold-flowing antifriction fluorine-containing polymer and installed with the possibility of end preload, a sector disk mounted on one of the gears of the gear drive and a sector disk rotation sensor are mounted in the housing. Inside the housing with the motor-reducer, there is a controller electrically connected to the sector disk rotation sensor, and in the place where the lead screw is attached, a longitudinal force sensor of the lead screw is installed, which is electrically connected to the controller.
Изобретение в другом аспекте касается собственно конструкции чрескостного автоматизированного дистракционного аппарата. The invention in another aspect relates to the actual design of the transosseous automated distraction apparatus.
Технический результат достигается тем, что чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат, содержит опоры, соединенные между собой автоматическими узлами перемещения, каждый из которых включает в себя мотор-редуктор, электрически связанный с контроллером, и ходовой винт с гайкой, причем автоматический узел перемещения выполнен в виде корпуса с размещенной в нем зубчатой передачей, связывающей между собой ходовой винт и мотор-редуктор, гайка ходового винта выполнена из хладотекучего антифрикционного фторсодержащего полимера и установлена с возможностью торцевого поджатия, в корпусе смонтирован секторный диск, закрепленный на одной из шестерен зубчатой передачи и датчик вращения секторного диска, электрически связанный с контроллером. К секторный онтроллер расположен внутри корпуса автоматического узла перемещения, в месте крепления ходового винта установлен датчик продольного усилия ходового винта, электрически связанный с контроллером.The technical result is achieved by the fact that the transosseous automated distraction apparatus contains supports interconnected by automatic movement units, each of which includes a gear motor electrically connected to the controller, and a lead screw with a nut, moreover, the automatic movement unit is made in the form of a housing with a gear transmission placed in it, connecting the lead screw and the motor-reducer, the lead screw nut is made of cold-flowing antifriction fluorine-containing polymer and installed with the possibility of end preload, a sector disk is mounted in the housing, fixed on one of the gears of the gear and a sector rotation sensor disk electrically connected to the controller. The sector controller is located inside the housing of the automatic displacement unit, at the point of attachment of the lead screw, a longitudinal force sensor of the lead screw is installed, electrically connected to the controller.
Причем источник питания расположен в базовом блоке, к которому подключены от 1 до 6 автоматических узлов перемещения. Moreover, the power source is located in the base unit, to which from 1 to 6 automatic movement units are connected.
Изобретение поясняется изображениями: The invention is illustrated by images:
фиг. 1 – схема, чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат;fig. 1 - scheme, transosseous automated distraction apparatus;
Фиг. 2 – изображение 3d модели, автоматический узел перемещения, корпус показан прозрачным;Fig. 2 - image of the 3d model, automatic movement unit, the body is shown as transparent;
Фиг. 3 – изображение базового блока.Fig. 3 - image of the base unit.
Спецификация:Specification:
1 - базовый блок;1 - base block;
2 , 7 - опоры;2, 7 - supports;
3 - гайка;3 - nut;
4 - ходовой винт;4 - lead screw;
5 - контроллер;5 - controller;
6- мотор-редуктор;6- motor-reducer;
8- датчик продольного усилия ходового винта;8- sensor of the longitudinal force of the lead screw;
9 - датчик вращения секторного диска;9 - sector disk rotation sensor;
10 - корпус;10 - body;
11 - ведомое зубчатое колесо;11 - driven gear;
12- промежуточное зубчатое колесо;12- intermediate gear;
13 - секторный диск;13 - sector disk;
14- ведущее зубчатое колесо;14 - drive gear;
15- опорный подшипник.15- thrust bearing.
Осуществление изобретения. Implementation of the invention.
Чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат (фиг.1) содержит базовый блок 1 (фиг.3) предназначенный для размещения источника питания и элементов связи с внешними устройствами обработки данных (персональный компьютер, смартфон и т.п.), опоры 2 и 7 со спицами и/или костными шурупами, для крепления к костным фрагментам. Опоры 2 и 7 соединены между собой автоматическими узлами перемещения (фиг.2), каждый из которых включает в себя мотор-редуктор 6, электрически связанный с контроллером 10, и ходовой винт 4 с гайкой 3. Причем автоматический узел перемещения выполнен в виде корпуса 10 с размещенной в нем зубчатой передачей, связывающей между собой ходовой винт 4 и мотор-редуктор 6. Гайка 3 ходового винта выполнена из хладотекучего антифрикционного фторсодержащего полимера и установлена с возможностью торцевого поджатия. Гайка 3 установлена в трубке (не обозначена) с возможностью торцевого поджатия посредством полого толкателя, ввинченного в трубку. В корпусе 10 смонтирован секторный диск 13, закрепленный на одной из шестерен (14) зубчатой передачи и датчик 9 вращения секторального диска, электрически связанный с контроллером 5. Контроллер 5 расположен внутри корпуса 10 автоматического узла перемещения. В месте крепления ходового винта 4 установлен датчик 8 продольного усилия ходового винта электрически связанный с контроллером 5. Transosseous automated distraction apparatus (figure 1) contains a base unit 1 (figure 3) designed to accommodate a power source and communication elements with external data processing devices (personal computer, smartphone, etc.), supports 2 and 7 with spokes and /or bone screws, for fastening to bone fragments.
Автоматический узел перемещения для чрескостного автоматизированного дистракционного аппарата включает в себя корпус 10, мотор-редуктор 6, и ходовой винт 4 с гайкой 3. В корпусе 10 размещена зубчатая передача, включающая ведомое зубчатое колесо 11, промежуточное зубчатое колесо 12, ведущее зубчатое колесо 14, связывающая между собой ходовой винт 4 и мотор-редуктор 6. Гайка 3 ходового винта 4 выполнена из хладотекучего антифрикционного фторсодержащего полимера и установлена с возможностью торцевого поджатия, с помощью толкателя (не обозначен). В корпусе 10 смонтирован секторный диск 13, закрепленный на одной из шестерен (14) зубчатой передачи и датчик 9 вращения секторального диска 13. Внутри корпуса 10 рядом с мотор-редуктором 6 расположен контроллер 5, электрически связанный с датчиком 9 вращения секторального диска 13. В месте крепления ходового винта 4 установлен опорный подшипник 15 и датчик 8 продольного усилия ходового винта 4 электрически связанный с контроллером 5. The automatic displacement unit for the transosseous automated distraction apparatus includes a
Чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат содержит опоры со спицами или костными винтами (стержнями-шурупами). К базовому блоку 1 подключаются автоматические узлы перемещения от 1 до 6 штук в зависимости от поставленных лечебных задач и выбранной конструкции аппарата внешней фиксации.The transosseous automated distraction apparatus contains supports with pins or bone screws (screw rods). The
Мотор-редуктор 6, электрически связан с контроллером 5 и базовым блоком 1 для обеспечения работы в заданном темпе дистракции, контроля-управления перемещением. Базовый блок содержит электронные компоненты с программой ЭВМ в которой заложены параметры удлинения конечности на принципах обратной связи с динамикой дистракционных усилий для чего ходовой винт 4 опирается в корпусе через опорный подшипник 15 на тензорезисторный датчик 8 продольного усилия ходового винта 4, а контроллер 5 компонентов (датчика продольных усилий, датчика вращения секторного диска, мотор-редуктора) расположен внутри корпуса. Электропитание узла перемещения осуществляется от вынесенных в базовый блок 1 батареек типа АА. Базовый блок 1 также обеспечивает отражение величины перемещения костных фрагментов конечности и изменения в программе удлинения конечности через обратную связь с динамикой дистракционных усилий, отражаемой на смартфоне, планшете или ПК. The motor-
Корпус 10 автоматического узла перемещения в основании содержит платформу (не обозначена) на которой размещены элементы зубчатой передачи и которой крепится кожух мотор-редуктора 6. The
Чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат таким образом обладает интеллектуальную обратную связью с системой контроля дистракционных усилий в процессе автоматизированного удлинения конечности.The transosseous automated distraction apparatus thus has intelligent feedback to the distraction force control system during automated limb lengthening.
Размещение процессорной платы управления с контроллером 5 в корпусе 10 автоматического узла перемещения позволяет сделать конструкцию компактной и более надежной в работе. The placement of the processor control board with the
Система контроля и перемещения сформирована на принципе обратной связи при контроле дистракционных усилий, возникающих в аппарате (в сумме со всех узлов перемещения):The system of control and movement is formed on the principle of feedback in the control of distraction forces arising in the apparatus (in total from all movement nodes):
- нормальный процесс удлинения сопровождается плавным ростом дистракционных усилий от 0 до 600H и в этих условиях программа управления не меняет темп и ритм дистракции;- the normal process of elongation is accompanied by a gradual increase in distraction forces from 0 to 600N and under these conditions the control program does not change the rate and rhythm of distraction;
- при пониженном процессе репаративной регенерации костной ткани, когда уровень дистракционных усилий выходит на плато в 200-250Н программа управления снижает темп дистракции до 0,5 мм/сутки не меняя его до конца процесса удлинения;- with a reduced process of reparative regeneration of bone tissue, when the level of distraction forces reaches a plateau of 200-250N, the control program reduces the rate of distraction to 0.5 mm/day without changing it until the end of the lengthening process;
- при внезапном нарушении непрерывности дистракционного регенерата (повышенный темп дистракции) отмечается резкое снижение уровня дистракционных усилий и в этих условиях программа управления сначала снижает темп дистракции вдвое и при дальнейшем снижении уровня дистракционных усилий еще через сутки прекращает удлинение на 7 дней, сообщая о проблеме лечащему врачу через световую сигнализацию и на электронный носитель. При отсутствии указаний со стороны лечащего врача через 7 дней дистракция автоматически будет продолжена темпом 0,5 мм в сутки с контролем за динамикой дистракционных усилий;- in the event of a sudden discontinuity of the distraction regenerate (increased rate of distraction), there is a sharp decrease in the level of distraction efforts, and under these conditions, the control program first reduces the rate of distraction by half and, with a further decrease in the level of distraction forces, stops the lengthening for 7 days after another day, reporting the problem to the attending physician through light signaling and on electronic media. In the absence of instructions from the attending physician, after 7 days, distraction will automatically continue at a rate of 0.5 mm per day with control over the dynamics of distraction efforts;
- при повышенном процессе репаративной регенерации костной ткани (опасность преждевременной консолидации костных фрагментов) отмечается резкое повышение уровня дистракционных усилий на 100-150Н за 1-2 дня и в этих условиях блок управления повышает темп дистракции до 2, а через сутки до 3 мм/сутки, включает световое оповещение лечащего врача и продолжает дистракцию в повышенном темпе. После достижения уровня дистракционных усилий в 600-700Н удлинение прекращается- with an increased process of reparative regeneration of bone tissue (danger of premature consolidation of bone fragments), there is a sharp increase in the level of distraction forces by 100-150N in 1-2 days, and under these conditions, the control unit increases the rate of distraction to 2, and in a day to 3 mm / day , turns on the light notification of the attending physician and continues the distraction at an increased pace. After reaching the level of distraction forces of 600-700N, the elongation stops.
Чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат типа аппарата Илизарова (ТМ).Transosseous automated distraction apparatus of the Ilizarov type (TM).
Роботизированный аппарат Илизарова, имеет опоры 2 и 7, соединенные между собой автоматическими узлами перемещения (от 1 до 6 штук а зависимости от поставленной лечебной задачи), каждый из которых содержит закрепленный на одной опоре корпус 10, в котором установлен мотор-редуктор 6, зубчатая передача, передающая усилие вращения редуктора на ходовой винт 4, проходящий через гайку 3 из антифрикционного материала, установленную в трубке и поджатую по торцу полым толкателем, передающим усилие растяжения на другую опору, оптопара, снабженная секторальным диском, и вынесенный базовый блок 1 для управления мотор-редуктором 6, электрически связанный с узлами перемещения посредством кабеля. Для измерения усилия растяжения между опорами 2 и 7 и автоматической коррекции усилия дистракции ходовой винт 4 опирается на тензометрический датчик 8 усилия, установленный в корпусе 10 и электрически соединенный с процессорной платой управления с контроллером 5 для управления мотор-редуктором 6, также размещенной в корпусе 10 и соединенной проводами с выходом оптопары датчика 8 положения вала мотор-редуктора 6, содержащего посаженный на вал перфорированный секторный диск 13 и отражатель (не обозначен), установленный в корпусе 10. The Ilizarov robotic apparatus has
При этом для уменьшения габаритов корпуса 10 зубчатая передача имеет промежуточную шестерню 14, а плата управления с контроллером 5 через соединительный кабель из трех проводов соединена электрически с базовым блоком 1 управления, в который вводится программа лечения, выраженная через динамику дистракционных усилий и отражаемая на смартфоне, планшете или ПК, как и записанные текущие результаты лечения, а обмен информацией между базовым блоком 1 управления и платой с контроллером 5 для управления мотор-редуктором 6 осуществляется по одному проводу соединительного кабеля, в то время как по двум проводам кабеля подается питание от размещенных в блоке управления химических элементов питания, что уменьшает количество проводов до трех на каждый автоматический узел перемещения.At the same time, to reduce the dimensions of the
Использование изобретения.use of the invention.
Автоматический узел перемещения устанавливается между опорами 2 и 7 аппарата внешней фиксации в количестве от одного до шести в зависимости от поставленной лечебной задачи и выбранной моделью аппарата внешней фиксации. Таким образом формируется чрескостный автоматизированный дистракционный аппарат, который монтируют на конечность. Крепление корпуса 10 и гайки 3 осуществляют элементами комплектов аппарата (гайки и болты), сохраняя общее продольное направление нагрузки на ходовой винт 4. После подключения автоматического узла перемещения к базовому блоку 1 и выбора программы удлинения конечности запускают процесс дистракции. Поступающий электрический сигнал от блока управления 1 включает мотор-редуктор 6, передающий вращение через ведущее зубчатое колесо 14 и промежуточное зубчатое колесо 12 на ведомое зубчатое колесо 11, закрепленное на ходовом винте 4. Вращение ходового винта в полой гайке 3 приводит к увеличению расстояния между опорами 2 и 7 аппарата, следовательно к перемещению связанных с ними спицами и/ли костными винтами фрагментами кости. В момент прохождения светового луча оптопары включающей секторный диск 13 и датчик 9 через отверстие секторального диска 13 подается электрический сигнал контроллеру 5 на отключение мотор-редуктора 6.The automatic movement unit is installed between
Последующее включение мотор-редуктора 6 осуществляется через заданный промежуток времени в зависимости от выбранного темпа и ритма дистракции.The subsequent activation of the motor-
В предлагаемом аппарате контроль за величиной угла поворота ходового винта 4 посредством оптопары с датчиком 9 вращения секторного диска 13 обеспечивает равенство микроперемещений в каждом цикле работы.In the proposed apparatus, control over the value of the angle of rotation of the
Наличие промежуточного зубчатого колеса 12 устраняет возможные зазоры и заклинивания в процессе вращения.The presence of an
Контроллер 10 компонентов автоматического узла перемещения, расположенный внутри корпуса 10 обслуживает работу мотор-редуктора 6, датчика вращения секторного диска 9 и датчика 8 продольного усилия ходового винта 4.The
Опорный подшипник 15 обеспечивает передачу продольной нагрузки ходового винта 4 на датчик 8 продольного усилия ходового винта 4.
Выполнение гайки 3 из фторопласта упрощает и удешевляет конструкцию чрескостного аппарата, а физико-механические свойства её материала и возможность поджатия исключают риск заклинивания резьбы, обеспечивают низкий коэффициент трения и возможность устранения зазоров в винтовой паре.Making
Использование пространства занимаемого мотор-редуктором 6 между опорами 2 и 7 для размещения винтовой пары уменьшает габариты аппарата, использование пространства внутри корпуса 10 для размещения электронных компонентов контроллера 5 позволяет уменьшить количество, размер и массу элементов конструкции аппараты выносимых за его пределы, позволяет уменьшить общие габариты и массу аппарата и повысить его надежность, защищенность уязвимых для повреждения частей. The use of the space occupied by the motor-
Базовый блок 1 и контроллер 5 предназначены для автоматического управления механизмами по заранее составленной программе.
В зависимости от выбранного темпа дистракции/компрессии для каждого автоматического узла перемещения (далее также «автодистрактор») вычисляется период времени, через который должно осуществляться его включение. Вычисленное значение периода с дополнительной информацией (режим: дистракция/компрессия, часы работы в течении суток) заносится в память базового блока в качестве управляющей программы. Размер управляющей программы составляет 60 дней. Темп дистракции/компрессии (период включения) задаётся на каждый день и на каждый автодистрактор отдельно.Depending on the selected distraction/compression rate, for each automatic displacement node (hereinafter also referred to as the “auto-distractor”), the period of time is calculated after which it must be turned on. The calculated value of the period with additional information (mode: distraction / compression, hours of operation during the day) is stored in the memory of the base unit as a control program. The size of the control program is 60 days. The rate of distraction/compression (on period) is set for each day and for each auto-distractor separately.
Программа осуществляет периодическое включение автодистракторов с заданным периодом. Для удобства пациента в программу введены часы работы в течение суток. При необходимости можно установить время, когда автодистракторы включаться не будут. Период включения автодистракторов при этом корректируется, чтоб сохранить заданный темп дистракции/компрессии.The program performs periodic inclusion of autodistractors with a given period. For the convenience of the patient, the program includes working hours during the day. If necessary, you can set the time when the auto-distractors will not turn on. The turn-on period of the auto-distractors is then adjusted to maintain the given distraction/compression rate.
Для индикации состояния в базовый блок 1 входят: индикатор режима работы (жёлтый – “ОСТАНОВ”, зелёный – “РАБОТА”, красный мигающий – “СБОЙ”), индикатор разряда батареи и звуковая сигнализация, дублирующая световую индикацию “СБОЙ”.To indicate the status, the
В качестве органов управления используется кнопка выбора режима “ОСТАНОВ/РАБОТА” и выключатель питания.The controls are the STOP/RUN button and the power switch.
Задание программы управления автодистракторами осуществляется через разъём программирования, расположенный в батарейном отсеке.The task of the autodistractor control program is carried out through the programming connector located in the battery compartment.
Во время работы автодистрактора подаётся питание на датчик обратной связи, который контролирует перемещение штока автодистрактора. Если в течении 8с (максимальное время вращения двигателя) на выходе датчика обратной связи не будет обнаружено перепадов уровня напряжения, то электронный блок управления выдаст звуковой и световой сигнал об ошибке.During the operation of the autodistractor, power is supplied to the feedback sensor, which controls the movement of the autodistractor rod. If within 8s (maximum engine rotation time) no voltage level drops are detected at the output of the feedback sensor, the electronic control unit will issue an audible and light error signal.
Если время работы нескольких автодистракторов совпало, то вначале включается один из них, и только после полного останова первого автодистрактора, производится включение следующего.If the operating time of several autodistractors coincided, then one of them is turned on first, and only after the first autodistractor has completely stopped, the next one is turned on.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021114140A RU2763644C1 (en) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | Transosseous automated distraction apparatus and an automatic displacement unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021114140A RU2763644C1 (en) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | Transosseous automated distraction apparatus and an automatic displacement unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2763644C1 true RU2763644C1 (en) | 2021-12-30 |
Family
ID=80039900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021114140A RU2763644C1 (en) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | Transosseous automated distraction apparatus and an automatic displacement unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2763644C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4973331A (en) * | 1989-03-08 | 1990-11-27 | Autogenesis Corporation | Automatic compression-distraction-torsion method and apparatus |
RU2061429C1 (en) * | 1991-11-21 | 1996-06-10 | Виктор Алексеевич Платов | Automatic programmed compression-distraction apparatus |
RU30073U1 (en) * | 2002-12-02 | 2003-06-20 | Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г.А.Илизарова | TRANSPARENT |
RU2339332C2 (en) * | 2006-02-02 | 2008-11-27 | Вячеслав Васильевич Козырев | Orthopedic apparatus for osteosynthesis |
US20170196499A1 (en) * | 2014-06-25 | 2017-07-13 | Canary Medical Inc. | Devices, systems and methods for using and monitoring orthopedic hardware |
-
2021
- 2021-05-19 RU RU2021114140A patent/RU2763644C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4973331A (en) * | 1989-03-08 | 1990-11-27 | Autogenesis Corporation | Automatic compression-distraction-torsion method and apparatus |
RU2061429C1 (en) * | 1991-11-21 | 1996-06-10 | Виктор Алексеевич Платов | Automatic programmed compression-distraction apparatus |
RU30073U1 (en) * | 2002-12-02 | 2003-06-20 | Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г.А.Илизарова | TRANSPARENT |
RU2339332C2 (en) * | 2006-02-02 | 2008-11-27 | Вячеслав Васильевич Козырев | Orthopedic apparatus for osteosynthesis |
US20170196499A1 (en) * | 2014-06-25 | 2017-07-13 | Canary Medical Inc. | Devices, systems and methods for using and monitoring orthopedic hardware |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11389201B2 (en) | Craniofacial external distraction apparatus | |
US8157800B2 (en) | Computer-aided system for limb lengthening | |
US6129686A (en) | Patient position monitor | |
US5724025A (en) | Portable vital signs monitor | |
TW201410224A (en) | Automated orthotic device with treatment regimen and method for using the same | |
JPH11510080A (en) | Communication network for hospital beds | |
ES2323844A1 (en) | Device and method for assessing thermoalgesic and vibratory sensitivity | |
US20170014256A1 (en) | Method and Apparatus for Applying and Controlling Surgical Traction | |
RU2763644C1 (en) | Transosseous automated distraction apparatus and an automatic displacement unit | |
WO2021184957A1 (en) | Upper limb rehabilitation training system, and method for executing motion intention | |
US20190388122A1 (en) | Systems and methods for contactless cranio-maxillo-facial distraction | |
JP2016112060A (en) | Electric bed control system and electric bed | |
JP2005000411A (en) | Sitting posture training management system for early rising | |
JP2000510022A (en) | Dynamic mattress support and method of operation | |
CN110664565A (en) | Pressure sore prevention alarm device | |
CN110811986A (en) | Automatic fixing device for outer canthus forming of eye and control method thereof | |
CN205795646U (en) | Point display palpation instrument | |
CN112006830A (en) | Pillow and method of use | |
JP6587238B2 (en) | Non-contact vital information monitoring system | |
KR20050087450A (en) | Remote system and method for prevention of sudden death during sleep | |
CN110574710A (en) | A equipment for carrying out experimental animals adaptation training on floater | |
CN216295018U (en) | Thermotherapy equipment based on external monitoring workstation | |
CN220735665U (en) | Surgical postoperative monitoring equipment | |
CN218009715U (en) | Temperature control monitoring system equipment for patients in ward | |
CN103584568A (en) | Bed |